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1、变压器的基础知识 变压器 Transformer 为什么要使用变压器 变压器是用在哪里的 为什么电网分为很多电压等级 为什么使用交流电才能变压 为什么要变压 怎么变 变压 的原理为何 主要用到的定律是什么 变压器的构造是什么 变压器的历史 1831年 法拉第感应定律 法拉第Faraday 1791 1867 史上最早的变压器 法拉第环 第一个变压器 1831年8月29日 法拉第利用一个直径6寸的铁环 外面绕着二个铜线圈 其中一个线圈的一端接到伏特电池 另一个线圈则接到电流计 当电池一通电流 电流计上也马上出现短暂反方向的电流 这个著名的实验就是史上第一个变压器 试验现象解释 一二次绕组匝数不相
2、等时 起到了改变电压的作用 这就是 变压器 交流电源 一次绕组 电感生磁 二次绕组 磁感生电 电能 照明灯电压 220伏机床上照明灯 36伏半导体收音机电源电压不超过10伏大型发电机交流电压 几万伏远距离输电 几十万至100万伏 变压器可以改变交流电压 变压器的作用 变压器的作用 发电厂发出的电能往往需经远距离传输才能到达用电地区 为了降低线路损耗 需用变压器将发电机端的电压升高以后再输送出去 在受电端又必须经变压器将高电压降低到配电系统适用的电压 变压器在电力系统中的作用 几种常见的变压器 变压器的构造 1 闭合铁芯 绝缘硅钢片叠合而成 2 原线圈 初级线圈 其匝数用n1表示 3 副线圈 次
3、级线圈 其匝数用n2表示 4 输入电压 U1 输出电压 U2 变压器的工作原理 互感现象 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了电能 U1 I1 到磁场能 变化的磁场 再到电能 U2 I2 转化 闭合铁芯实现了电能 磁场能 电能的转换 由于原副线圈中的电流共同产生的磁通量绝大部分通过铁芯 使能量在转换过程中损失很小 为了便于研究 物理学中引入了一种理想化模型 理想变压器 即略去原 副线圈中的电阻和各种电磁能损失的变压器 下面我们定量分析理想变压器的变压规律 升压变压器 n2 n1U2 U1 降压变压器 n2 n1U2 U1 理想变压器的变压规律 理想变压器的变流规律 2 理想变压器原副线圈的电
4、流跟它们的匝数成反比 变压器工作时 高压线圈匝数多而通过的电流小 可用较细的导线绕制 低压线圈匝数少而通过的电流大 应当用较粗的导线绕制 这也是判定高压线圈和低压线圈的一种方法 变压器的类型 试验变压器 电力变压器 1 按用途分 变压器的类型 单相变压器 三相变压器 2 按相数分 变压器的类型 干式变压器 油浸式变压器 3 按冷却方式分 充气式变压器 变压器的类型 4 按调压方式分 有载调压变压器无载调压变压器 5 按绕组结构分 双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器 变压器的主要技术参数 1 相数和额定频率 电力变压器一般做成三相的 小型变压器有制成单相的 特大型变压器做成单相后组成三相变压器
5、我国电力变压器的额定频率为50HZ 2 额定容量 变压器在厂家铭牌规定的额定电压 额定电流时连续运行所能输送的容量 3 额定电压 变压器长时间运行所能承受的工作电压 4 额定电流 变压器在额定容量下 允许长期通过的工作电流 5 空载损耗 变压器在二次开路 一次侧施加额定电压时 变压器铁芯所产生的有功损耗 6 负载损耗 将变压器的二次绕组短路 流经一次绕组的电流为额定电流时 变压器绕组所消耗的有功功率 7 阻抗电压 将变压器二次绕组短路 使一次绕组电压慢慢加大 党二次绕组的短路电流达到额定电流时 一次绕组所施加的电压与额定电压的比值百分数 就是阻抗电压 变压器的基本结构 变压器的基本结构 外部
6、变压器的基本结构 内部 变压器的基本结构 1 铁芯 电力变压器的铁芯结构普遍采用芯式铁芯 2 绕组 芯式变压器的绕组采用同心绕组 3 绝缘 变压器的绝缘分为内绝缘 是油箱内各部分的绝缘 包括绝缘油以及浸在油里的绝缘纸 和外绝缘 是变压器油箱外套管部对地和彼此之间的绝缘 4 分接开关 是用来改变线圈匝数以调整电压的装置 5 出线装置 为将变压器的绕组引出线从箱体中引到油箱外 必须采用绝缘套管将带电的引线与接地的油箱隔离 包括高低压套管 6 其他设备 包括油箱 油枕 吸湿器 保护装置等 疑惑 通过观察变压器的结构 我们往往会有很多疑问 例如 1 我们发现变压器的线圈外侧是高压线圈 内侧是低压线圈
7、为什么不能反过来呢 2 我们观察到铁芯会用接地片接地 并且只有一点接地 为什么呢 疑惑 3 观察变压器铭牌 变压器型号的含义是什么 例如图片中的型号 S11 400 10表示什么意思 为什么电力变压器的高压绕组都在低压绕组的外面 高压绕组布置在低压绕组外面 主要是从绝缘方面考虑的 低压绕组靠近铁芯 这样对变压器的低压绕组与铁芯之间的绝缘 从绝缘角度容易做到 结果使得变压器体积小 不但节省了绝缘材料 而且造价较低 另外变压器调节是靠改变高压绕组的匝数来实现 分接头放在高压侧 因高压侧额定电流小 分解开关的体积及接触器的引线和接头容易解决 因此 基于以上两点 电力变压器的高压绕组都布置在低压绕组的
8、外面 答疑解惑 为什么变压器的铁芯要接地 且只能一点接地 因为运行中变压器的铁芯和其他附件都处于绕组周围很强的电磁场内 如果不接地 必然由于电磁场的作用使铁芯和其他附件产生一定的悬浮电位 由于变压器铁芯和其它金属附件各自所处的位置不同 因而电位也不同 在外加电压的作用下 当两点间或某点对地电位差大于两者间的绝缘耐压强度 即超过放电电压时 就会出现火花放电 使绝缘油分解或固体绝缘损坏 发生事故 因此为了避免变压器的放电 变压器铁芯一定要接地 如变压器铁芯多点接地 则会通过接地点形成涡流通路 造成铁芯局部发热 这是不允许的 因此变压器铁芯只允许一点接地 事实上 硅钢片之间虽然涂有绝缘漆 但其绝缘电
9、阻较小 只能隔断涡流而不能阻止高压感应电流 因而只要将一片硅钢片接地 就相当于整个铁芯都接地了 答疑解惑 变压器型号的含义 答疑解惑 特殊使用环境代号 一般不标 TH 湿热 TA 干热 额定容量 kVA 设计序号 调压方式 无励磁调压不标 Z 有载调压 导线材质 铜线不标 L 铝线 绕组数 双绕组不标 S 三绕组 F 双分裂绕组 循环方式 自然循环不标 P 强迫循环 冷却方式 J 油浸自冷 亦可不标 G 干式空气自冷 G 干式浇注绝缘 F 油浸风冷 S 油浸水冷 相数 D 单相 S 三相 绕组耦合方式 一般不标 O 自耦 高压绕组的额定电压等级 kV 答疑解惑 S 三 相F 风 冷S 三 线圈
10、Z 有 载 调压7 7型 变压器性能水平代号 40000 变压器额定容量40000千伏安 KVA 110 变压器高压侧额定电压110千伏 KV 例 SFSZ7 40000 110的含义如下 变压器的常见故障 变压器的常见故障可分为 了解变压器的常见故障有哪些 内部故障 外部故障 变压器的常见故障 内部故障是指变压器油箱里面发生的故障 大致可分为以下两类 1 在变压器各绕组上发生的相间短路 单相接地短路 匝间短路等电气故障 这类故障对变压器及电网可能造成较大的损伤和影响 可通过检测不平衡电压和电流来分析 2 由于导体之间电气连接接触不良或铁芯故障 在变压器油中可能产生间歇性电弧 以及冷却媒介不足使变压器油温升高 分接开关故障 并联运行变压器之间产生环流和负荷分配不合理 造成变压器的绕组过热等的初始故障 并扩大事故的范围 因此 应尽快消除 变压器的常见故障 外部故障是变压器最常见的故障 是油箱外部绝缘套管及引出线上的相间短路和单相接地短路故障 变压器的常见故障 内部放电故障 主绝缘击穿 变压器的常见故障 变压器着火 变压器线圈损坏 课程回顾 变压器 工作原理 分类 主要技术参数 历史 作用 基本结构 常见故障 收益 对变压器有了基本的了解 谢谢大家
